本文關(guān)鍵詞：基于面陣CCD的光纖輸出光束特征檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著科技的發(fā)展,光纖傳感技術(shù)以其靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)性好等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于軍事、航空、能源環(huán)保等領(lǐng)域�？梢姽獠ǘ巫鳛楣鈱W(xué)研究中非常重要的波段,其波段內(nèi)光纖輸出的光束特征是研究光纖傳感的重要參考因素。傳統(tǒng)檢測(cè)光纖輸出的方法有利用光電探測(cè)器、光譜儀、光功率計(jì)等,但這些方法或者精確度不高、或者不能直觀觀測(cè)到光纖輸出的光束特征情況。因此,開發(fā)一種響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高、實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀的光纖輸出光束特征檢測(cè)系統(tǒng)具有十分重要的意義。本課題設(shè)計(jì)了一種基于CCD圖像傳感器的檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)光纖輸出光束特性進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè),通過FPGA驅(qū)動(dòng)面陣CCD實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖輸出光束的光強(qiáng)分布特征進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,并將數(shù)據(jù)通過TCP/IP接口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行處理,在上位機(jī)中進(jìn)行可視化處理并得到光束特征參數(shù)同時(shí)建立光場(chǎng)分布的三維模型。論文的主要內(nèi)容有:首先,根據(jù)光束檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀,針對(duì)光纖輸出的光束特征,提出了采用面陣CCD對(duì)光束特征進(jìn)行在線實(shí)時(shí)獲取的方案;其次,對(duì)系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)以及各模塊的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的說明,并對(duì)系統(tǒng)硬件電路方案進(jìn)行了論證和設(shè)計(jì);再次,分別從時(shí)序的設(shè)計(jì)、信號(hào)的流向、數(shù)據(jù)的處理、模塊間的協(xié)同工作等方面進(jìn)行了FPGA的Verilog HDL程序設(shè)計(jì),并在Modelsim環(huán)境下對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)功能單元進(jìn)行了仿真驗(yàn)證;最后,設(shè)計(jì)并完成整個(gè)硬件系統(tǒng)的電路實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)CCD成像質(zhì)量、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)确矫骈_展了驗(yàn)證與優(yōu)化設(shè)計(jì),并將采集的光纖輸出圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī),在上位機(jī)中生成圖像并獲取光束特征參數(shù)以及建立光場(chǎng)分布的三維模型,進(jìn)而對(duì)所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)功能和特性進(jìn)行深入的測(cè)試與驗(yàn)證。本文設(shè)計(jì)的基于面陣CCD的光束特征檢測(cè)系統(tǒng)能夠用廉價(jià)的成本實(shí)現(xiàn)光束光場(chǎng)分布特征的在線檢測(cè)、處理及傳輸,通過配合上位機(jī)軟件能夠?qū)馐卣鲄?shù)以及光束光場(chǎng)的三維分布進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取和質(zhì)量分析。本文研究成果對(duì)于解決低成本光束特征分析和光干涉場(chǎng)分布的實(shí)時(shí)測(cè)量具有很好的實(shí)際參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：面陣CCD FPGA 光場(chǎng)分布 三維成像
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP274;TN253
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 課題研究主要內(nèi)容12-14
• 第2章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案14-34
• 2.1 引言14
• 2.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案14-15
• 2.3 FPGA模塊15-19
• 2.3.1 FPGA模塊的功能15-17
• 2.3.2 FPGA的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)流程17
• 2.3.3 FPGA的開發(fā)平臺(tái)及工具17-19
• 2.4 CCD驅(qū)動(dòng)模塊19-27
• 2.4.1 CCD的分類19-21
• 2.4.2 CCD性能指標(biāo)21-22
• 2.4.3 CCD的工作原理22-25
• 2.4.4 CCD芯片ICX205AL的選用25-26
• 2.4.5 ICX205AL驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)26-27
• 2.5 模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊27-29
• 2.5.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的功能介紹27-28
• 2.5.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9824的選用28
• 2.5.3 AD9824的驅(qū)動(dòng)電路28-29
• 2.6 SRAM模塊29-30
• 2.7 網(wǎng)絡(luò)通信模塊30
• 2.8 電源管理模塊30-33
• 2.8.1 硬件系統(tǒng)的電壓要求30-31
• 2.8.2 電源管理模塊的設(shè)計(jì)31-33
• 2.9 本章小結(jié)33-34
• 第3章 FPGA程序設(shè)計(jì)及仿真分析34-52
• 3.1 引言34
• 3.2 FPGA各模塊的時(shí)鐘設(shè)計(jì)34-35
• 3.3 ICX205AL時(shí)序設(shè)計(jì)35-45
• 3.3.1 ICX205AL的時(shí)序分析與仿真35-41
• 3.3.2 ICX205AL幀率的計(jì)算41-43
• 3.3.3 ICX205AL曝光時(shí)間的計(jì)算43-45
• 3.4 AD9824時(shí)序設(shè)計(jì)45-47
• 3.4.1 AD9824的內(nèi)部寄存器配置45-46
• 3.4.2 AD9824的時(shí)鐘設(shè)計(jì)與仿真46-47
• 3.5 SRAM的時(shí)序設(shè)計(jì)47-50
• 3.5.1 SRAM寫時(shí)序設(shè)計(jì)47-50
• 3.5.2 SRAM讀時(shí)序設(shè)計(jì)50
• 3.6 本章小結(jié)50-52
• 第4章 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析52-60
• 4.1 引言52
• 4.2 硬件電路的上電測(cè)試52-53
• 4.3 實(shí)際信號(hào)的觀測(cè)與分析53-54
• 4.4 網(wǎng)絡(luò)通信測(cè)試54-55
• 4.5 光束的特征檢測(cè)55-59
• 4.5.1 曝光時(shí)間對(duì)光束光斑明暗的影響56
• 4.5.2 保偏光纖模間干涉實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析56-58
• 4.5.3 光束特征的參數(shù)分析58-59
• 4.6 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 致謝64

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